close

Cadmium

Gå til navigation Gå til søg
Sølv ←  Cadmium Indium
  Hexagonal.svg Elektronskal 048 Cadmium.svg
 
48
CD
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Komplet tabel • Udvidet tabel
Cadmium-krystal bar.jpg
Generel information
navn , symbol , nummer Cadmium, Cd, 48
kemisk serie overgangsmetaller
gruppe , punktum , blok 12 , 5 , d
Atommasse 112.411u  _
Elektronisk konfiguration [ Kr ] 4d105s2 _ _ _ _
Mohs hårdhed to
elektroner pr niveau 2, 8, 18, 18, 2 ( billede )
Udseende sølvgrå metallic
Atomiske egenskaber
medium radius 155  kl.
elektronegativitet 1,69 ( Pauling-skala )
Atomradius (beregnet) 161  p.m. ( Bohr radius )
kovalent radius 148  kl
van der Waals radius 158  kl
Oxidationstilstand(er) +1 , +2
Oxid lidt grundlæggende
1. ioniseringsenergi 867,8 kJ  /mol
2. ioniseringsenergi 1631,4 kJ/mol
3. ioniseringsenergi 3616kJ/mol
Spektral linjer
Cadmiumspektrum visible.png
fysiske egenskaber
almindelig tilstand fast ( diamagnetisk )
Massefylde 8650 kg  / m3
Smeltepunkt 594,22K (321°C)
Kogepunkt 1042K (769°C)
fordampningsentalpi 100  kJ/mol
fusionsentalpi 6.192 kJ  /mol
Damptryk14,8 Pa ved 597K
Flere
krystal struktur Sekskantet
Specifik varme 233  J / ( K kg )
Elektrisk ledningsevne 13,8 × 106S  / m
Varmeledningsevne 96,8 W  /(Km)
Lydens hastighed 2310m  /s ved 293,15K  (20  ° C )
mere stabile isotoper
Hovedartikel: Isotoper af cadmium
iso AN Periode MD Ed P.S.
MeV
108 cd0,89 %stabil med 60 neutroner
109 cd'erSyntetisk462.6d _ε0,214109 Ag
110 cd _12,49 %Stabil med 62 neutroner
111 cd12,8 %Stabil med 63 neutroner
112 cd24,13 %stabil med 64 neutroner
113 cdSyntetisk7,7 × 10 15 tilβ- _0,316113 Ind
113 cdSyntetisk14.1 tilβ -
TI
0,580
0,264
113 Ind
 
114 cd28,73 %Stabil med 66 neutroner
116 cd'er7,49 %Stabil med 68 neutroner
Værdier i SI og normale tryk- og temperaturforhold , medmindre andet er angivet.

Cadmium er et kemisk grundstof med atomnummer 48 placeret i gruppe 12 i grundstoffernes periodiske system . Dens symbol er CD . Det er et blødt, blåligt - hvidt tungmetal, der er relativt sjældent. Det er et af de mest giftige metaller . Det findes normalt i zinkminer og bruges især i batterier.

Historie

Cadmium (latin cadmia og græsk  kadmeia , der betyder "calamine", det fælles navn for zinkcarbonat) blev opdaget i Tyskland i 1817 af Friedrich Strohmeyer . Han fandt det som en urenhed i nogle prøver af zinkcarbonat. Strohmeyer bemærkede, at disse prøver især ændrede farve ved opvarmning, hvilket rent zinkcarbonat ikke gjorde. Strohmeyer var vedholdende nok til at fortsætte observationen og lykkedes med at isolere grundstoffet ved ristning og efterfølgende svovlreduktion.

Funktioner

Cadmium er et blåligt-hvidt tungmetal, der findes i hele jordskorpen.

Dens oxidationstilstand er +2. Det kan præsentere +1 oxidationstilstanden, men det er meget ustabilt.

Det findes ikke i naturen i sin rene tilstand, men af ​​kemisk affinitet er det forbundet med metaller som zink, bly og kobber.

Forbundet med miljø- og industriel forurening er det et af de største toksiner, da det samler de fire farligste grundlæggende egenskaber ved et toksin:

  • bioakkumulation
  • Vedholdenhed i miljøet
  • Skadelige virkninger for mennesker og miljø
  • Det er let at transportere med vandløb og vind.

Ansøgninger

  • Det bruges i genopladelige nikkel-cadmium elektriske akkumulatorer.
Image
Ni-Cd batterier
    • Fra 2009 blev 86% af cadmium brugt i batterier og celler , overvejende genopladelige nikkel-cadmium- batterier . Nikkel-cadmium-batterier har et nominelt cellepotentiale på  1,2 V. Cellen består af en positiv nikkelhydroxidelektrode og en negativ pol cadmiumelektrodeplade, adskilt af en alkalisk kaliumhydroxidelektrolyt . [ 1 ] Den Europæiske Union satte en grænse for cadmium i elektronik i 2004 til 0,01 % [ 2 ] med nogle undtagelser og sænkede i 2006 grænsen for cadmiumindhold til 0,002 %. [ 3 ] En anden type cadmium-baseret batteri er sølv-cadmium-batteriet .
  • Det er en komponent i legeringer med lavt smeltepunkt. Det bruges i lejelegeringer med en lav friktionskoefficient og høj modstandsdygtighed over for udmattelse.
  • Det er meget udbredt til elektroaflejring: belægning af ensrettere og akkumulatorer.
  • Anvendes i neutronfluxkontrolstave i atomreaktorer.
    • I denne brug fungerer det som en meget effektiv neutrongift til at kontrollere neutronstrømmen i kernefusion . [ 4 ] Når cadmiumstænger indsættes i kernen af ​​en atomreaktor, absorberer cadmium neutronerne, hvilket forhindrer dem i at skabe yderligere fusionsbegivenheder og dermed kontrollere mængden af ​​reaktivitet. Trykvandsreaktoren designet af Westinghouse Electric Company bruger en legering bestående af 80% sølv , 15% indium og 5% cadmium. [ 4 ]
  • Cadmiumhydroxid bruges til galvanisering og til fremstilling af negative elektroder til nikkel-cadmium-batterier.
  • Cadmiumoxid bruges som katalysator til hydrogenering og metansyntese. Derudover bruges det til fremstilling af emaljer og til sintring.
  • Cadmiumchlorid bruges til galvanisering , fotografering og renseri.
  • Cadmiumsulfid bruges som et gult pigment.
  • Cadmiumsulfoselenid bruges som orange pigment.
  • Cadmiumsulfid bruges som rødt pigment.
  • Cadmiumstearat bruges til at forbedre stabiliteten af ​​PVC-materialer mod lys og atmosfæriske stoffer.

Koncentrationer

Cadmiumkoncentrationerne i naturen er som følger:

  • Vand: I floder er koncentrationen af ​​opløst cadmium relativt høj (10 -500 mg/l), og det er generelt fundet bundet til deltagende stof. I åbne oceaniske områder er koncentrationen mellem 0,5 og 10 mg/l; disse niveauer kan være højere i lukkede havområder, især ved mundingen af ​​floder, der er forurenede.
  • Luft: Transporten til de forskellige miljøafdelinger foregår gennem luften, hvor den har ringe vedholdenhed (dage eller uger). Koncentrationer i landdistrikter er 0,1 mg. m³ stigende op til fem gange i by- og industriområder.
  • Jord: Jorden er den første, der er udsat for cadmiumimmission på grund af faldet af partikler, der er spredt i luften på grund af industrielle aktiviteter, menneskeskabte aktiviteter eller på grund af dens ophobning efter brande. I jord er den gennemsnitlige koncentration af cadmium 0,06 til 0,5 mg. pr kg stigende op til hundrede gange i forurenede områder. Der er undersøgelser baseret på det faktum, at med påføring af gødning fra fosfatsten stiger koncentrationen fra 0,3 til 38 g. hektar og år. Vedholdenheden af ​​cadmium i jorden er op til tre hundrede år, og 90 procent forbliver uændret. Disse koncentrationer af cadmium i jorden afhænger i høj grad af jordens pH, som styrer metallets opløselighed og mobilitet.

Cadmium i miljøet

Vi kan finde cadmium i atmosfæren , vand og jord. Naturligvis frigives der store mængder cadmium til miljøet, cirka 25.000 tons om året, hvoraf en stor del udledes til floder ved nedbrydning af klipper, mens en lille del frigives til atmosfæren gennem skovbrande, vulkansk aktivitet, afbrænding. af fossile brændstoffer og by- og industriaffald.

I dette afsnit vil vi detaljere, hvordan cadmium når de forskellige økosystemer:

I øjeblikket er forureningen af ​​dette metal relateret til zink- og blyindustrien. Cadmium-emissioner produceres også, dog i mindre grad, ved forbrænding af affald, kulforbrænding, cementproduktion og i stålindustrien.

Den globale skade af cadmium er ikke særlig vigtig, i dette metal er det blevet observeret, at forureningsforholdet er fra regionalt til lokalt.

Atmosfæriske emissioner

Koncentrationen af ​​cadmium, der kommer fra de tidligere nævnte kilder, er høj omkring miner, industriområder og byområder og falder, efterhånden som vi bevæger os væk fra disse mod landdistrikterne.

Vandforurening

Cadmium, der når vandet, kommer hovedsageligt fra by- og industriudledninger. Denne forurening afhænger af akvatiske områders nærhed til byområder. På den anden side aflejres en del af det atmosfæriske cadmium på vandoverfladen og udgør 23 % af det forurenende cadmium, der er hovedvejen for indtrængen i vandet.

Jordforurening

Det meste af det cadmium, der udledes af mennesker, vil blive aflejret i jorden. Ligesom i tilfældet med vand er hovedaflejringsvejen den atmosfæriske vej, efterfulgt af menneskelige udledninger og brug af gødning.

Koncentrationen af ​​cadmium i jorden fortsætter med at stige over tid, på grund af stigningen i emissionsrater af menneskelig oprindelse, menes det, at denne koncentration vil fordobles hvert 50.-80. år.

Toksikokinetik

Cadmium frembringer toksiske virkninger på levende organismer, selv ved meget lave koncentrationer.

Det er det sæt af fænomener, som cadmium oplever fra dets indtræden i kroppen til dets eliminering. Den består af følgende processer:

Absorption

Cadmium kan optages ad tre forskellige veje; oral, respiratorisk eller dermal. Dermal eksponering er dog relativt ubetydelig, det er absorptionen efter inhalation og orale veje, der er af større interesse.

Mad er en af ​​de vigtige kilder til indtrængen af ​​cadmium i kroppen. En jernmangel kost ifølge de eksperimentelle resultater af Flanagan et al. (1978) kan accelerere dets absorptionshastighed, såvel som manglen på andre stoffer såsom calcium eller protein. Vi kan konkludere, at individets fysiologi (alder, jern, calcium, zinkreserver, graviditeter...) bestemmer absorptionen efter oral eksponering.

Det er blevet observeret gennem eksperimentelle undersøgelser, at koncentrationen af ​​cadmium er mellem 2-3% hos en rask person og stiger til 6-8% hos mennesker med jernmangel.

Indånding repræsenterer en vigtig indgangsvej for dette metal, og optagelsen af ​​dette metal er større, hvis kroppen mangler jern, calcium og zink.

Cadmium og dets salte har lav flygtighed og findes i luften som fine partikler. Når de indåndes, aflejres en del af disse partikler i luftvejene og lungerne, mens resten udåndes. Partikelstørrelse bestemmer lungeabsorption; Partikler større end 10 µm i diameter elimineres let, mens partikler på 0,1 µm trænger ind i alveolerne og absorberes og transporteres af kroppen. I tilfælde af tobak er partiklerne små i størrelse, hvilket resulterer i større aflejring på alveolært niveau.

Distribution

Når cadmium først er absorberet af lungerne eller tarmkanalen, transporteres det gennem blodet til andre dele af kroppen, hovedsageligt koncentreret i leveren og nyrerne. Ophobningen af ​​Cd i nyrerne og leveren afhænger af intensiteten, eksponeringstiden og den optimale tilstand af nyreudskillelsesfunktionen

Metallothionein (MT) er transportmediet for cadmium i blodplasma. Disse er en gruppe metalbindende proteiner, rig på cysteinrester, hvis syntese hovedsageligt foregår i leveren og nyrerne. Cadmium-metallothionein-komplekset anses for at være mindre giftigt end ubundet cadmium, derfor har dette protein en afgiftende effekt. Frigivelsen af ​​dette kompleks til blodet er langsom, hvilket fører til en ophobning af Cd-MT-komplekset i leveren. MT-bundet cadmium transporteres derefter gennem blodet til nyren, hvor det filtreres gennem glomerulus og reabsorberes i den proksimale tubuli, hvilket katalyserer MT-cadmiumkomplekset i lysosomer, og frigiver cadmiumioner, der igen inducerer syntesen af ​​MT i nyren celle. Af denne grund har cadmium en ret lang biologisk halveringstid.

Metabolisme

Der er lidt at sige om metabolisme, da cadmium ikke gennemgår nogen direkte metabolisk omdannelse såsom oxidation, reduktion eller alkylering.

Metabolisk er foreningen af ​​cadmium til metallothionein vigtig, da det gør dets toksicitet inert.

Udskillelse

Cadmium udskilles på en sparsom og meget langsom måde, hvilket forklarer dette grundstofs lange biologiske levetid.

Efter absorption er hovedvejen for eliminering af cadmium gennem urinen, så det anses for, at urin cadmium afspejler kroppens belastning af cadmium.

Cadmium toksicitet i fødevarer

Cadmium er et af de giftige metaller, der udsendes til miljøet, og som har en tendens til at ophobes i fødevarer. Hovedkilden til cadmiumforurening hos mennesker er indtaget af grøntsager, der er forurenet med dette metal (Norvell et al. 2000).

Et væsentligt kendetegn ved cadmium er dets lette overførsel fra jorden til grøntsager, det er et af de metaller, der bedst absorberes af planter, idet det mest er kornprodukter som hvede, ris og i mindre grad majs. Tilbageholdelsen af ​​cadmium på planteoverfladen afhænger af faktorer som: partiklernes størrelse, klimatiske faktorer, aflejringshastighed og bladenes karakteristika. pH anses for at være en af ​​de faktorer, der har størst indflydelse på forholdet mellem cadmium og vegetabilsk, et fald i jordens pH letter overførslen af ​​metallet til planten.

Fænomenet sur regn er af stor betydning i industrialiserede områder, da det sænker jordens pH og som følge heraf øger planternes absorption, det vil sige akkumulering.

I forhold til vandforurening er de med den højeste forekomst krebsdyr, fisk og toskallede bløddyr (Storelli 2009; Ololade et al. 2011).

Vand, der er egnet til at drikke, kan ikke overstige værdier af størrelsesordenen 2 µg/L, hvilket betyder, at det ikke er en væsentlig eksponeringsvej.

Fødevareteknologi spiller også en vigtig rolle, da produkter kan blive forurenet i fødevarebehandling og -håndtering, især i tilfælde af emballage.

Sundhedseffekter

Virkningerne af Cd-toksicitet afhænger af typen af ​​eksponering, hvad enten det er gennem indånding af forurenet luft (især nær smelteværker, forbrændingsanlæg eller fra cigaretrøg), forbrug af forurenet mad og vand. Hos rygere er koncentrationen af ​​Cd i blodet fundet at være 1-4 µg/l, en værdi fire til fem gange højere end hos ikke-rygere.

  • Det er nefrotoksisk (L´Azou et al. 2007), og nyreskade viser sig med proteinuri (Nogué et al. 2004)
  • Diarré, mavesmerter og kraftige opkastninger,
  • knoglesvækkelse
  • Reproduktionssvigt og endda muligheden for infertilitet
  • Skader på centralnervesystemet
  • Skader på immunsystemet
  • psykiske lidelser
  • Kræftfremkaldende (Akesso et al.2008)

Referencer

  1. Krishnamurthy, N. (2. juli 2013). Engg. Kemi, 2/e . New York: PHI Learning Private Limited. pp. 82-83. ISBN  978-81-203-3666-7 . 
  2. «DIREKTIV 2004/107/EF om arsen, cadmium, kviksølv, nikkel og polycykliske aromatiske kulbrinter i luften (EUT L 23 af 26.1.2005, s. 3) Ændret i 2009 og 2015 (konsolideret version )» . europa.eu . Hentet 8. maj 2022 . 
  3. https://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2006:266:0001:0014:es:PDF , DIREKTIV 2006/66/CE 2006 vedrørende batterier og akkumulatorer og udtjente batterier og akkumulatorer og ophævelse af direktiv 91/157/EØF
  4. ^ a b Scoullos, Michael J.; Vonkeman, Gerrit H.; Thornton, Iain; Makuch, Zen (2001). Kviksølv, cadmium, bly: Håndbog for bæredygtig tungmetallpolitik og regulering . Springer. ISBN  978-1-4020-0224-3 . 

Bibliografi

  • M. Jiménez Repetto, Manuel. Avanceret toksikologi. Madrid: Diaz de Santos, 1995.
  • Jimenez Repetto, Manuel; Kuhn Repetto, Guillermo. Grundlæggende toksikologi. 4. udg. Sevilla: Diaz de Santos, 2009
  • M. Rodríguez-Serrana; N. Martinez-de la Casa; MC Romero-Døre; LA del Rio; LM Sandal. Cadmium toksicitet i planter. Økosystemer, vol. 17, (2008), s. 139-146.
  • A. Ramirez. Cadmium toksikologi. Det Medicinske Fakultets annaler, bd. 3, nr. 1, (2002), s. 51-64.
  • R.Madddu. Undersøgelse af cadmiums indflydelse på miljøet og den menneskelige krop. Granada: Editorial University of Granada, 2005.
  • M. Lara-Delgado; G. Lozano-González, Cadmiumtoksicitet i planter.
  • M. Diaz-Diaz,. Cadmiumkoncentration i blod i en hospitalsbefolkning og dets sammenhæng med associerede faktorer. Madrid: Editorial Complutense University of Madrid, 2014.